Ученые Казахстана участвуют в разработке чистой энергии

На днях в западных СМИ появились публикации о том, что калифорнийские ученые совершили прорыв в получении энергии из термоядерного синтеза. Какое это имеет отношение к Казахстану, чья экономика сильно зависит от энергетики?

Ученые по всему миру давно ищут способы борьбы с негативным влиянием человеческой жизни на экологию. Сейчас ключевой проблемой является то, что при получении энергии происходит замкнутый круг: без тепла мы не можем выжить, но добыча и переработка ресурсов приводит к загрязнению воздуха и созданию дыр в озоновом слое. Чем дольше мы используем традиционные методы получения энергии, тем хуже становится экологическая ситуация, что, в свою очередь, напрямую влияет на качество нашей жизни.

Считается, что исправить положение может развитие термоядерного синтеза. Начиная с открытия ядерной физики и подробного изучения частиц в прошлом веке, ученые пытаются применить полученные знания на благо человечества. Но для этого всегда нужны мощности и огромные вложения в науку, которых раньше не хватало.

В начале этого месяца американские ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса смогли добыть от 2,5 до 3,15 мегаджоулей энергии из гранулы водородной плазмы. Пока что это очень небольшое количество, его едва ли хватит для одного человека, – для сравнения, в Казахстане, по последним данным, один житель потребляет 150 гигаджоуль энергии за год, то есть значение больше полученного в 60 тысяч раз. Тем не менее, сам факт добычи энергии из атома – это уже огромный научный прорыв, учитывая, что в эксперименте использовалась небольшая крупица водорода.

Фактически, ученые нашли способ совершить в лабораторных условиях процессы, которые глобально происходят в космосе на Солнце и звездах. Для добычи энергии используется специальный огромный (самый большой в мире, по словам американских СМИ) комплекс лазеров. Водородная плазма под данным воздействием нагревается, благодаря чему происходит выброс внутренней энергии. Реакция является экологически чистой, поскольку в ее результате не происходит формирования вредных для воздуха веществ. Сама разработка такого метода не является новой, но сейчас инноваторы впервые смогли извлечь, по разным данным, на 20-55% больше энергии, чем затратили для работы лазеров.

И хотя результаты эксперимента официально еще не опубликованы и пока только анализируются, ученые во всем мире уже говорят, что этот прорыв является историческим. В будущем, при улучшении данной технологии, водородное топливо сможет целиком питать человечество взамен угля, не создавая проблем окружающей среде.

– В этом эксперименте мы использовали самый мощный в мире лазер для создания рентгеновского излучения, которое заставляет крошечную капсулу взрываться и создавать очень горячую плазму под давлением. Если плазма становится немного горячее, скорость реакции синтеза увеличивается. Создается еще больше термоядерных реакций, что приводит к еще большему нагреву. В течение многих десятилетий мы проигрывали гонку, так как тепло терялось. Затем мы увеличивали нагрев, пока не дошли до события зажигания. Но в этом месяце все изменилось, и мы смогли получить очень значительный нагрев плазмы термоядерного синтеза, – комментирует глава термоядерной программы Ливерморской национальной лаборатории Марк Херрманн.

– Создание в лаборатории энергоэффективного термоядерного синтеза – это одна из самых значимых задач науки, когда-либо решаемых человечеством. На протяжении 60 лет мы пытались преодолеть имеющийся порог возможностей, непрерывно занимались изучением особенностей атомных реакций, наращиванием имеющихся знаний, улучшением рабочих подходов, поиском новых способов для преодоления проблем. Это достижение – триумф научного развития, технологий и, прежде всего, людей, – добавила директор лаборатории Кимберли Будил.

Успешный эксперимент особенно важен в свете сложившегося энергетического кризиса, высоких цен на топливо и стремительного ухудшения экологии. Администрация США объявила субсидии на развитие низкоуглеродной энергетики размером почти 370 миллиардов долларов для сокращения выбросов, борьбы с инфляцией и ускорения гонки за экологичные технологии. На достижение американских ученых обратили внимание и Казахстанские представители власти.

– Новая стратегия ядерного развития США требует детального изучения нашей отечественной научной средой. Энергетическая ситуация меняется с каждым днем. Все больше ученых и аналитиков призывают страны переходить к новым источникам энергий, совершенствовать энергетическую систему. Современный мир постепенно вынуждает нас отказываться от традиционных источников энергии, таких как нефть, газ, уголь, запасы которых восстанавливаются медленными темпами. Через несколько десятков лет энергетика ведущих стран в мире будет совсем другой. Ученые считают, что термоядерные установки будут намного безопаснее, чем ядерные установки, если этот процесс удастся освоить в полной мере. В настоящее время атомные электростанции используют деление, которое расщепляет атомы для получения энергии, а по новой концепции энергию будут получать путем слияния атомов, что намного безопаснее. Достижение ученых из Ливерморской национальной лаборатории – наглядный пример того, как инвестиции государства в науку окупаются многократно. Необходимо развивать и вкладывать средства в эту отрасль, чтобы обеспечить благополучное будущее нашей стране, – написал в своем телеграм-канале министр науки и высшего образования Саясат Нурбек.

Однако в ближайшее время ожидать ввода данной технологии в обиход пока не приходится. Прогресс, совершенный американскими учеными, – это пока начальный этап разработок в области ядерного синтеза. Для совершенствования технологии и начала ее массового использования потребуется еще как минимум 50-70 лет. Увидеть, как дома Казахстана питаются новым типом энергии, можно будет только в следующем веке.

– Сейчас речь идет только о выделении тепла. Грубо говоря, если сравнивать это с путем развития человечества, американцы только научились разжигать огонь. Но этот огонь экологичен и имеет практически бесконечный потенциал на Земле. Теперь нужно понять, как тепловую энергию термояда превратить в электрическую. В традиционном виде человечество на начальных этапах делало это так: кипятили воду, пар начал крутить ротор, двигатель за счет движения ротора выработал электричество. И вот, пока что ученые получили термояд, что сопоставимо с чистым огнем, но теперь необходимы дальнейшие исследования для того, чтобы развить методы по получению электрической энергии. Эти исследования остаются актуальными на сегодняшний день, – объясняет директор Института ядерной физики при министерстве энергетики РК Саябек Сахиев.

Тем не менее, сомнений в том, что переход на новую экологически чистую энергию в будущем произойдет, у ученых нет. Разработками в данной области сейчас занимаются ученые по всему мира, включая Казахстан. Благодаря экспериментам человечество сможет обеспечить себе более дешевую и чистую энергию на миллиарды лет вперед.

– Самая большая международная организация, которая занимается разработками в области термоядерного синтеза, – это проект ИТЭР (Международный экспериментальный термоядерный реактор), который располагается на юге Франции. Там строится большой ТОКАМАК – установка для магнитного удержания плазмы, завершить работы должны к 2025 году. Казахстан, и, в частности, наш Институт ядерной физики, является частью этого проекта. Пока что разместить такую технологию на территории нашей страны невозможно, для этого нужны гигантские ресурсы. Прежде, чем ставить такие дорогостоящие эксперименты, стоимостью 20-30 млрд долларов, нам нужно начать моделировать эти процессы. Сейчас в Казахстане есть несколько групп ученых, которые изучают различные пути решения термояда, – например, лично я занимаюсь вопросами магнитно-инерционного удержания плазмы, и недавно мы выиграли грантовое финансирование на эти исследования. Мы считаем моделирование процессов весьма важной и глобальной задачей. Благодаря этому мы сможем получить на Земле то, что обычно происходит на Солнце, но в иных условиях и масштабах – необходимо извлечь энергию из маленького шарика диаметром 1,5 мм. Поэтому, пожалуй, самое главное, что совершили американские ученые, – продемонстрировали, что это принципиально возможно, показали свет в конце тоннеля, – говорит Саябек Сахиев.

• 47
• 37